專利名稱：模具緩沖機構(gòu)及其控制裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具緩沖機構(gòu)。本發(fā)明還涉及模具緩沖機構(gòu)的控制裝置。本發(fā)明還涉及模具緩沖機構(gòu)的控制方法。
背景技術(shù)：
在進行彎曲、拉深、沖裁等沖壓加工的沖壓機械(或鍛造機械)中，在加工動作中，作為從支承第2模具的支承構(gòu)件(一般稱為墊板(bolster))一側(cè)對可動側(cè)的支承構(gòu)件(一般稱為滑塊)施加所需的力(壓力)的附屬裝置，已知裝備模具緩沖機構(gòu)，所述可動側(cè)的支承構(gòu)件支承用于沖壓加工的第1模具。模具緩沖機構(gòu)通常如下構(gòu)成在以規(guī)定的壓力使持有的可動部件(一般稱為緩沖墊(cushion pad))與向合模方向移動中的滑塊(或第1模具)直接或間接地發(fā)生沖撞后，經(jīng)過合模(成形)直到開模，緩沖墊在向滑塊施加力(壓力)的同時和滑塊一同移動。在此期間，例如，在緩沖墊和滑塊之間，通過夾持被加工原材料的加工位置的周邊區(qū)域，可以防止被加工原材料產(chǎn)生皺紋。
為了提高使用模具緩沖機構(gòu)的沖壓加工的精度，要求緩沖墊在與滑塊共同移動期間，向滑塊穩(wěn)定地施加所指示的力(壓力)。但是，現(xiàn)有的模具緩沖機構(gòu)，多以油壓裝置或氣壓裝置作為驅(qū)動源，一般地響應(yīng)由滑塊的沖撞等外因引起的急劇的壓力變化、通過指令值可變地控制對滑塊的力(壓力)是比較困難的。因此，近年來開發(fā)出可以進行響應(yīng)性出色的力控制、以伺服電動機作為驅(qū)動源的模具緩沖機構(gòu)。
例如，在特開平10-202327號公報(JP-A-10-202327)中，公開了一種模具緩沖機構(gòu)，其具有對應(yīng)于滑塊的升降動作，通過伺服電動機使設(shè)置于沖壓機械的滑塊下方的緩沖墊進行升降動作的結(jié)構(gòu)。當滑塊下降(即加工動作)期間，伺服電動機在滑塊向緩沖墊施加沖撞力前，通過基于緩沖墊的位置指令值的位置控制而動作，將緩沖墊定位在規(guī)定的待機位置。另外，在滑塊向緩沖墊施加沖撞力后，伺服電動機對應(yīng)于緩沖墊的位置，通過基于預(yù)定的力指令值的力控制而動作，在使緩沖墊和滑塊共同移動的同時，調(diào)整從緩沖墊向滑塊施加的力(壓力)。此外，通過檢測通過緩沖墊施加到伺服電動機的輸出軸上的負荷來進行沖撞以及壓力的檢測。
如上所述，在現(xiàn)有的由伺服電動機驅(qū)動的模具緩沖機構(gòu)中，當滑塊向緩沖墊施加了沖撞力時，通過將伺服電動機的控制方式從位置控制切換到力控制，使從緩沖墊向滑塊施加的力(壓力)適當。但是，僅通過這樣單純地切換控制方式，迅速響應(yīng)沖撞時的沖擊引起的較大的壓力變化并適當?shù)乜刂凭彌_墊的力(壓力)是比較困難的。
例如，進行力控制的情況下，最終由于控制伺服電動機的速度或轉(zhuǎn)矩，由于力控制的執(zhí)行中(即緩沖墊的移動中)所生成的伺服電動機的速度反饋值，始終請求向伺服電動機的速度指令。因此，有必要通過積分器等補償器保持速度指令。但是，因為積分器的響應(yīng)一般較慢，所以有時難于保持與沖撞時急劇的力變化隨動的適當速度指令。在這種情況下，沖撞后力的過沖(over shoot)有可能變大。
另外，當滑塊向緩沖墊施加沖撞力時(力控制開始時)、或力控制執(zhí)行中伺服電動機的輸出轉(zhuǎn)矩由于某種外因而發(fā)生了變化時，直到力檢測部(在JP-A-10-202327中，伺服電動機的負荷檢測部)檢測出滑塊和緩沖墊之間產(chǎn)生的力的時間(即無效時間)一般較長。因此，難以提高對來自力檢測部的檢測值進行反饋的力控制環(huán)路的響應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供在以伺服電動機作為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊的力的模具緩沖機構(gòu)的控制裝置中，能夠執(zhí)行以高響應(yīng)性適當?shù)厥鼓＞呔彌_機構(gòu)產(chǎn)生要求的力的力控制的控制裝置。
本發(fā)明的另一目的是，提供在安裝在沖壓機械中的模具緩沖機構(gòu)中，能夠以高控制響應(yīng)性適當?shù)禺a(chǎn)生要求的力的模具緩沖機構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是，提供在以伺服電動機作為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊的力的模具緩沖機構(gòu)的控制方法中，能夠執(zhí)行以高響應(yīng)性適當?shù)厥鼓＞呔彌_機構(gòu)產(chǎn)生要求的力的力控制的控制方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供控制裝置，是以伺服電動機作為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊的力的模具緩沖機構(gòu)的控制裝置，具有對模具緩沖機構(gòu)產(chǎn)生的力進行指令的力指令部；檢測模具緩沖機構(gòu)對滑塊所產(chǎn)生的力的力檢測部；檢測滑塊的移動速度的滑塊速度檢測部；以及力控制部，其在從模具緩沖機構(gòu)開始對滑塊產(chǎn)生力起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和從規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路，至少使用滑塊速度檢測部所檢測出的滑塊速度檢測值，對伺服電動機執(zhí)行不同的力控制。
在上述控制裝置中，力控制部可以配備速度指令生成部，其在初期階段生成對伺服電動機進行指令的第1速度指令值，同時在后續(xù)階段生成對伺服電動機進行指令的、與第1速度指令值不同的第2速度指令值。
在這種情況下，速度指令生成部，在初期階段可以僅使用滑塊速度檢測值，生成第1速度指令值，在后續(xù)階段可以同時使用力指令部所指令的力指令值、力檢測部所檢測出的力檢測值以及滑塊速度檢測值，生成第2速度指令值。
或者，速度指令生成部，在初期階段，可以將從力指令部所指令的力指令值和力檢測部所檢測出的力檢測值所得到的力偏差設(shè)定為零，使用滑塊速度檢測值，生成第1速度指令值，在后續(xù)階段，可以使用實際的力偏差和滑塊速度檢測值，生成第2速度指令值。
或者，速度指令生成部，在初期階段，可以將與力偏差相乘的力增益設(shè)定為零，使用滑塊速度檢測值生成第1速度指令值，該力偏差從力指令部所指令的力指令值和力檢測部所檢測出的力檢測值所得到，在后續(xù)階段，可以將力增益設(shè)定為零以外的規(guī)定值，使用力偏差和滑塊速度檢測值，生成第2速度指令值。
上述控制裝置，還可以具有估計模具緩沖機構(gòu)對滑塊產(chǎn)生的力的力估計部。在這種情況下，速度指令生成部，在初期階段，可以同時使用力指令部所指令的力指令值、力估計部所估計的力估計值和滑塊速度檢測值，生成第1速度指令值，在后續(xù)階段，可以同時使用力指令部所指令的力指令值、力檢測部所檢測出的力檢測值和滑塊速度檢測值，生成第2速度指令值。
本發(fā)明還提供模具緩沖機構(gòu)，是安裝在具有滑塊的沖壓機械中的模具緩沖機構(gòu)，具有對應(yīng)于滑塊的動作而移動的緩沖墊；驅(qū)動緩沖墊的伺服電動機；控制伺服電動機，使緩沖墊和滑塊之間產(chǎn)生相關(guān)的壓力的所述控制裝置。
本發(fā)明還提供控制方法，是以伺服電動機作為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊的力的模具緩沖機構(gòu)的控制方法，包含如下步驟求得模具緩沖機構(gòu)產(chǎn)生的力的指令值的步驟；求得模具緩沖機構(gòu)對所述滑塊產(chǎn)生的力的檢測值的步驟；求得滑塊的移動速度的檢測值的步驟；以及在從模具緩沖機構(gòu)開始對滑塊產(chǎn)生力起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路，至少使用滑塊的移動速度的檢測值，對伺服電動機執(zhí)行不同的力控制的步驟。
在上述控制方法中，執(zhí)行力控制的步驟可以包括如下步驟在初期階段求得向伺服電動機進行指令的第1速度指令值的步驟；在后續(xù)階段求得向伺服電動機進行指令的、與第1速度指令值不同的第2指令值的步驟。


通過對與附圖關(guān)聯(lián)的以下較佳實施方式進行說明，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點更加明確。在附圖中，圖1是表示本發(fā)明的模具緩沖機構(gòu)的控制裝置的基本構(gòu)成的功能框圖；圖2是以模式圖的方式表示配備有圖1的控制裝置的本發(fā)明的一實施方式的模具緩沖機構(gòu)的圖；圖3是表示本發(fā)明的第1實施方式的控制裝置的功能框圖；圖4是表示實現(xiàn)圖3的控制裝置的第1控制系統(tǒng)的框圖；圖5是圖4的控制系統(tǒng)的控制流程圖；圖6是表示實現(xiàn)圖3的控制裝置的第2控制系統(tǒng)的框圖；圖7是圖6的控制系統(tǒng)的控制流程圖；圖8是表示實現(xiàn)圖3的控制裝置的第3控制系統(tǒng)的框圖；圖9是圖8的控制系統(tǒng)的控制流程圖；圖10是表示本發(fā)明的第2實施方式的控制裝置的功能框圖；圖11是表示實現(xiàn)圖10的控制裝置的第4控制系統(tǒng)的框圖；圖12是圖11的控制系統(tǒng)的控制流程圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。在附圖中，對相同或類似的構(gòu)成部件標記相同的參照符號。
參照附圖，圖1是表示本發(fā)明的控制裝置10的基本構(gòu)成的功能框圖，圖2是表示配備有控制裝置10的本發(fā)明的一實施方式的模具緩沖機構(gòu)12的基本構(gòu)成的模式圖。
如圖1及圖2所示，本發(fā)明的控制裝置10，是以伺服電動機14為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械(或鍛造機械)的滑塊16的力F的模具緩沖機構(gòu)12的控制裝置10，并被構(gòu)成為具有如下各部指令使模具緩沖機構(gòu)12產(chǎn)生的力F的力指令部18；檢測模具緩沖機構(gòu)12對滑塊16產(chǎn)生的力F的力檢測部20；檢測滑塊16的移動速度V的滑塊速度檢測部22；執(zhí)行對伺服電動機14的力控制的力控制部24。力控制部24，在從模具緩沖機構(gòu)12開始對滑塊16產(chǎn)生力F起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和該規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路L1、L2，至少使用滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1，對伺服電動機14執(zhí)行不同的力控制。
另外，本發(fā)明的一實施方式的模具緩沖機構(gòu)12安裝在沖壓機械中，具有對應(yīng)于滑塊16的動作而移動的緩沖墊26；驅(qū)動緩沖墊26的伺服電動機14；和控制伺服電動機14，使緩沖墊26和滑塊16之間產(chǎn)生相關(guān)的壓力(即力F)的控制裝置10?；瑝K16支承用于沖壓加工的第1模具(未圖示)，相對于未圖示的墊板上支承的第2模具(未圖示)，以沖壓加工所要求的速度V向接近或背離的方向移動。緩沖墊26與第2模具關(guān)聯(lián)配置，經(jīng)過滾珠螺桿裝置28以及皮帶傳動裝置30與伺服電動機14的輸出軸相連。滑塊16(或第1模具)向合模方向移動期間，與在規(guī)定位置待機的緩沖墊26直接或者間接地沖撞。并且通常，經(jīng)過合模(成形)直到開模，緩沖墊26在向滑塊16施加所需的力(壓力)F的同時，以根據(jù)伺服電動機14的動作速度R而決定的速度V’，與滑塊16一起移動。
在上述結(jié)構(gòu)中，控制裝置10出于形成伺服電動機14的速度控制環(huán)路的目的，還可以具有檢測伺服電動機14的動作速度R的電動機速度檢測部32。此外，力檢測部20可以具有公知的力(壓力)傳感器，滑塊速度檢測部22可以具有公知的線位移傳感器(linear scale)，電動機速度檢測部32可以具有公知的編碼器。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的控制裝置10，構(gòu)成為在從模具緩沖機構(gòu)12開始對滑塊16產(chǎn)生力F(即滑塊16和緩沖墊26沖撞后)起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和該規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別對伺服電動機14執(zhí)行不同的力控制，因此，在滑塊16和緩沖墊26之間產(chǎn)生的力F的變化率較大的初期階段中，可以不執(zhí)行使用力反饋的通常的力控制，通過使直到力檢測部20檢測出F的時間(即無效時間)變短的控制環(huán)路L1來執(zhí)行力控制。其結(jié)果，可以提高初期階段的力控制的響應(yīng)性。
作為這樣的響應(yīng)性高的控制環(huán)路，例如，可以舉出速度控制環(huán)路，由于速度控制不直接控制模具緩沖機構(gòu)12所產(chǎn)生的力F，因此有精度降低的趨勢。因此，在力F的變化率較小的后續(xù)階段，通過用通常的力控制環(huán)路L2執(zhí)行力控制，可以確保力控制的精度。在這種情況下，通常的力控制環(huán)路L2無效時間較長，但在后續(xù)階段力F的變化率較小，因此排除對力控制的響應(yīng)性帶來的影響。
而且，在控制裝置10中，由于構(gòu)成為在使模具緩沖機構(gòu)12產(chǎn)生力F后，通過至少使用滑塊速度檢測值D1的力控制來使伺服電動機14動作，因此解決了在滑塊16和緩沖墊26的沖撞后，由伺服電動機14的速度反饋值引起易于產(chǎn)生力的過沖這樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題。即，通過力控制部24共有沖壓加工時互相協(xié)調(diào)動作的滑塊16和緩沖墊26雙方的信息(特別是速度信息)，可以改善協(xié)調(diào)動作的一致性。其結(jié)果，通過控制裝置10，可以以高響應(yīng)性適當?shù)厥鼓＞呔彌_機構(gòu)12產(chǎn)生沖壓加工所需的力F。
此外，控制裝置10的這樣的作用效果，如所述的JP-A-10-202327中所記載的那樣，在滑塊16與緩沖墊26沖撞前后，在將伺服電動機14的控制模式在位置控制和力控制之間切換的結(jié)構(gòu)中，可以有效解決切換后的力控制的問題。但并不限于此，和現(xiàn)有的以油壓/氣壓裝置作為驅(qū)動源的模具緩沖機構(gòu)相同，在不進行位置控制而僅通過力控制使伺服電動機14動作的構(gòu)成中，控制裝置10也起到顯著的作用效果。
若將上述控制裝置10的構(gòu)成作為控制方法記述，則該控制方法具有如下步驟求得使模具緩沖機構(gòu)12產(chǎn)生的力F的指令值C1的步驟；求得模具緩沖機構(gòu)12對滑塊16產(chǎn)生的力F的檢測值D2的步驟；求得滑塊16的移動速度V的檢測值D1的步驟；在上述的初期階段和后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路L1、L2，至少使用滑塊16的移動速度V的檢測值D1，對伺服電動機14執(zhí)行不同的力控制的步驟。通過執(zhí)行這種控制方法，起到上述的顯著作用效果。
下面，作為本發(fā)明的幾個較佳實施方式，對用于在力F的變化率不同的初期階段和后續(xù)階段執(zhí)行互不相同的力控制的更具體的結(jié)構(gòu)進行說明。此外，因為所有實施方式都具有上述控制裝置10的基本結(jié)構(gòu)，所以對于對應(yīng)的構(gòu)成部件標記相同的參照符號，并省略其說明。另外，所有實施方式都具有檢測伺服電動機14的動作速度R的電動機速度檢測部32。
如圖3所示，在本發(fā)明的第1實施方式的控制裝置40中，力控制部24具有速度指令生成部42，其在初期階段，生成對伺服電動機14指令的第1速度指令值E1，并且在后續(xù)階段，生成對伺服電動機14指令的第2速度指令值E2。在這種情況下，第1速度指令值E1和第2速度指令值E2是互不相同的值。通過這樣的構(gòu)成，在初期階段，通過控制環(huán)路L1，使用第1速度指令值E1控制伺服電動機14的速度或轉(zhuǎn)矩，在后續(xù)階段，通過控制環(huán)路L2，使用第2速度指令值E2控制伺服電動機14的速度或轉(zhuǎn)矩。
在此，在控制裝置40中，力指令部18所指令的指令值C1和力檢測部20所檢測出的力檢測值D2相等(即力偏差成為零)、滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1和電動機速度檢測部32(圖2)所檢測出的伺服電動機14的動作速度R的檢測值D3(以下稱為電動機速度檢測值D3)相等(即速度偏差成為零)是控制的目的。此時，如前所述，相對于從力F產(chǎn)生后直到輸出力檢測值D2的無效時間比較長，從對伺服電動機14輸入速度指令直到輸出電動機速度檢測值D3的無效時間比較短，因此，伺服電動機14的速度控制環(huán)路的響應(yīng)性比力控制環(huán)路的響應(yīng)性更高。
因此，力F的變化率較大的初期階段(沖撞后的規(guī)定時刻(例如50ms～100ms左右))，通過精度低而響應(yīng)性高的速度控制環(huán)路L1，使用第1速度指令值E1控制伺服電動機14，使電動機速度檢測值D3向滑塊速度檢測值D1收斂。另一方面，在力F的變化率小的后續(xù)階段，通過響應(yīng)性低而精度高的力控制環(huán)路，使用第2速度指令值E2控制伺服電動機14，使力檢測值D2向力指令值C1收斂。通過這樣的控制方法，可以迅速且高精度地實現(xiàn)上述兩個控制目的。
上述控制裝置40的結(jié)構(gòu)，可以作為圖4、圖6以及圖8中以框圖分別表示的三種控制系統(tǒng)實現(xiàn)。在圖4所示的控制系統(tǒng)中，速度指令生成部42，在初期階段，僅使用滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1，生成第1速度指令值E1，在后續(xù)階段，同時使用力指令部18所指令的指令值C1、力檢測部20所檢測出的力檢測值D2以及滑塊速度檢測值D1，生成第2速度指令值E2。
參照圖5所示的力控制流程，對圖4的控制系統(tǒng)進一步詳細描述。首先，在步驟S100，判斷模具緩沖機構(gòu)12是否對滑塊16產(chǎn)生力F(即是否是在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞后)。若在沖撞后，則在步驟S101，更新計數(shù)器(或定時器)，接著在步驟S102，判斷計數(shù)器值是否大于等于閾值(即，是后續(xù)階段還是初期階段)。若計數(shù)器值大于等于閾值(即是后續(xù)階段)，則在步驟S103，使用力指令值C1、力檢測值D2以及滑塊速度檢測值D1，通過以下的式(1)計算第2速度指令值E2。此外，在式(1)中G表示力增益。
E2＝(C1-D2)×G+D1...(1)在步驟S102，當判斷為計數(shù)器值未達到閾值(即是初期階段)時，在步驟S104，僅使用滑塊速度檢測值D1，計算第1速度指令值E1(E1＝D1)。另外，在步驟S100，當判斷為在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞前時，在步驟S105，作為向伺服電動機14的速度指令值，采用位置控制的速度指令值。然后，在步驟S106，根據(jù)對應(yīng)上述的各個情況設(shè)定的速度指令值，控制伺服電動機14。
另一方面，在圖6所示的控制系統(tǒng)中，速度指令生成部42在初期階段，將根據(jù)力指令部18所指令的力指令值C1和力檢測部20所檢測出的力檢測值D2所得到的力偏差Δ強制設(shè)定為零，使用滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1，生成第1速度指令值E1，在后續(xù)階段，使用實際的力偏差Δ和滑塊速度檢測值D1，生成第2速度指令值E2。
參照圖7所示的力控制流程進一步詳細描述圖6的控制系統(tǒng)。首先，在步驟S110，判斷模具緩沖機構(gòu)12是否對滑塊16產(chǎn)生著力F(即是否是在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞后)。若在沖撞后，則在步驟S111更新計數(shù)器(或定時器)，接著在步驟S112，判斷計數(shù)器值是否大于等于閾值(即是后續(xù)階段還是初期階段)。若計數(shù)器值大于等于閾值(即是后續(xù)階段)，則在步驟S113，求得力偏差Δ(Δ＝C1-D2)。
在步驟S112，當判斷為計數(shù)器值未達到閾值(即是初期階段)時，在步驟S114，將力偏差Δ設(shè)定為零(Δ＝0)。然后，在步驟S115，使用力偏差Δ以及滑塊速度檢測值D1，通過以下的式(2)計算出第1速度指令值E1以及第2速度指令值E2(總稱為速度指令值E)。此外，在式(2)中G表示力增益。
E＝Δ×G+D1...(2)在步驟S110，當判斷為在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞之前時，在步驟S116中，作為向伺服電動機14的速度指令值，采用位置控制的速度指令值。然后，在步驟S117，根據(jù)對應(yīng)于上述的各個情況設(shè)定的速度指令值，控制伺服電動機14。
另一方面，在圖8所示的控制系統(tǒng)中，速度指令生成部42，在初期階段將與力偏差相乘的力增益G設(shè)定為零，使用滑塊速度檢測值D1生成第1速度指令值E1，該力偏差從力指令部18所指令的力指令值C1和力檢測部20所檢測出的力檢測值D2得到，在后續(xù)階段，將力增益G設(shè)定為零以外的規(guī)定值，使用力偏差Δ和滑塊速度檢測值D1，生成第2速度指令值E2。
參照圖9所示的力控制流程對圖8的控制系統(tǒng)進一步詳細描述。首先，在步驟S120，判斷模具緩沖機構(gòu)12是否對滑塊16產(chǎn)生著力F(即是否是在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞后)。若在沖撞后，則在步驟S121更新計數(shù)器(或定時器)，接著在步驟S122，判斷計數(shù)器值是否大于等于閾值(即是后續(xù)階段還是初期階段)。若計數(shù)器值大于等于閾值(即是后續(xù)階段)，則在步驟S123將力增益G設(shè)定為零以外的規(guī)定值(G＝設(shè)定值≠0)。
在步驟S122，當判斷為計數(shù)器值未達到閾值(即是初期階段)時，在步驟S124，將力增益G設(shè)定為零(G＝0)。然后在步驟S125，使用力指令值C1、力檢測值D2以及滑塊速度檢測值D1，通過以下的式(3)計算出第1速度指令值E1和第2速度指令值E2(總稱為速度指令值E)。
E＝(C1-D2)×G+D1...(3)在步驟S120，當判斷為在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞前時，在步驟S126，作為向伺服電動機14的速度指令值，采用位置控制的速度指令值。然后在步驟S127，根據(jù)對應(yīng)于上述各個情況設(shè)定的速度指令值，控制伺服電動機14。
上述的各控制系統(tǒng)，作為力增益都使用比例增益，速度指令生成部42，將力偏差和比例增益的積與滑塊速度檢測值D1的和，作為第2速度指令值E2。由此簡化了控制裝置40的結(jié)構(gòu)。速度指令生成部42也可以構(gòu)成為將力偏差和第1力增益(比例增益)的積與力偏差的積分值和第2力增益(積分增益)的積、與滑塊速度檢測值D1的總和，作為第2速度指令值E2來進行代替。由此提高第2速度指令值E2的精度。
在該變形例中，例如，圖7的步驟S115的式(2)變更為以下的式(2’)。
E＝Δ×G1+∫Δ×G2+D1...(2’)另外，圖9的步驟S125的式(3)變更為以下的式(3’)。
E＝(C1-D2)×G1+∫(C1-D2)×G2+D1...(3’)此外，在式(2’)和式(3’)中，G1是第1力增益(比例增益)，G2是第2力增益(積分增益)。
而且，圖9的步驟S124的操作變更為，將第1力增益G1以及第2力增益G2中至少一方設(shè)定為零的操作。
接著，參照圖10說明本發(fā)明的第2實施方式的控制裝置50?？刂蒲b置50還具有估計模具緩沖機構(gòu)12對滑塊16產(chǎn)生的力的力估計部52。并且，速度指令生成部42，在初期階段，同時使用力指令部18所指令的力指令值C1、力估計部52所估計的力估計值H以及滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1，生成第1速度指令值E1，在后續(xù)階段，同時使用力指令部18所指令的力指令值C1、力檢測部20所檢測出的檢測值D2以及滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1，生成第2速度指令值E2。
在控制裝置50中，相對于所述第1實施方式的控制裝置40在初期階段通過使電動機速度檢測值D3向滑塊速度檢測值D1收斂的響應(yīng)性高的速度控制環(huán)路L1、來控制伺服電動機14的結(jié)構(gòu)，在相同的初期階段，通過使用力估計部52所估計的力估計值H的第2力控制環(huán)路L1來控制伺服電動機14?？刂蒲b置50中的后續(xù)階段的控制，和所述的控制裝置40相同地，使力檢測值D2向力指令值C1收斂。
在此，若認為模具緩沖機構(gòu)12包含彈性部件，則可以近似“彈性部件的兩端的距離×彈性系數(shù)＝施加在彈性部件的兩端的力”。此時，彈性部件的兩端的距離等于滑塊的速度V和伺服電動機14的動作速度R的差的積分值，所以，如果可以測定模具緩沖機構(gòu)12的彈性系數(shù)，則可以求得施加在彈性部件的兩端的力。并且，施加在彈性部件的兩端的力是在滑塊16和緩沖墊26(圖2)之間產(chǎn)生的力F。因此，力估計部52可以使用滑塊16的速度V、伺服電動機14的動作速度R以及彈性系數(shù)K，來估計滑塊16和緩沖墊26(圖2)之間產(chǎn)生的力F。
這樣，力估計部52所估計的力估計值H，是依存于伺服電動機14的動作速度R而求得的值，因此，雖然精度低，但是直到被輸出的無效時間比較短。從而，使用力估計值H的第2力控制環(huán)路L1的響應(yīng)性，和所述的伺服電動機14的速度控制環(huán)路L1相同地，比使用力檢測值D2的力控制環(huán)路L2的響應(yīng)性更高。因此，在力F的變化率大的初期階段，通過精度低而響應(yīng)性高的第2力控制環(huán)路L1，使用第1速度指令值E1控制伺服電動機14，在力F的變化率小的后續(xù)階段，通過響應(yīng)性低而精度高的通常的力控制環(huán)路L2，使用第2速度指令值E2，控制伺服電動機14。通過這樣的控制方法，起到和所述的控制裝置40相同的作用效果。
上述的控制裝置50的結(jié)構(gòu)，可以作為圖11中框圖所示的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖11所示的控制系統(tǒng)中，力估計部52使用滑塊速度檢測部22所檢測出的滑塊速度檢測值D1和電動機速度檢測部32所檢測出的電動機速度檢測值D3，估計力估計值H。
參照圖12所示的力控制流程進一步詳細描述圖11的控制系統(tǒng)。首先，在步驟S130，判斷模具緩沖機構(gòu)12是否對滑塊16產(chǎn)生了力F(即是否是在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞后)。若在沖撞后，則在步驟S131，使用滑塊速度檢測值D1和電動機速度檢測值D3，通過以下的式(4)計算力估計值H。
H＝∫(D1-D3)×K...(4)接著，在步驟S132，更新計數(shù)器(或定時器)，在步驟S133，判斷計數(shù)器值是否大于等于閾值(即是后續(xù)階段還是初期階段)。若計數(shù)器值大于等于閾值(即是后續(xù)階段)，則在步驟S134，根據(jù)力指令值C1和力檢測值D2求得力偏差Δ(Δ＝C1-D2)。
在步驟S133，當判斷為計數(shù)器值未達到閾值(即是初期階段)時，在步驟S135，根據(jù)力指令值C1和力估計值H求得力偏差Δ(Δ＝C1-H)。然后，在步驟S136，使用力偏差Δ以及滑塊速度檢測值D1，通過以下式(5)計算出第1速度指令值E1以及第2速度指令值E2(總稱為速度指令值E)。此外，在式(5)中，G表示力增益。
E＝Δ×G+D1...(5)在步驟S130，當判斷為在滑塊16與模具緩沖機構(gòu)12沖撞前時，在步驟S137，作為向伺服電動機14的速度指令值，采用位置控制的速度指令值。然后，在步驟S138，根據(jù)對應(yīng)于上述各個情況設(shè)定的速度指令值，控制伺服電動機14。
以上，結(jié)合較佳實施方式說明了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，在不超出后述的權(quán)利要求范圍的公開范圍的情況下，可以進行各種修正以及變更。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，是以伺服電動機(14)為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊(16)的力的模具緩沖機構(gòu)(12)的控制裝置(10；40；50)，其特征在于，具有對使所述模具緩沖機構(gòu)產(chǎn)生的力(F)進行指令的力指令部(18)；檢測所述模具緩沖機構(gòu)對所述滑塊產(chǎn)生的力(F)的力檢測部(20)；檢測所述滑塊的移動速度(V)的滑塊速度檢測部(22)；和力控制部(24)，其在從所述模具緩沖機構(gòu)開始對所述滑塊產(chǎn)生所述力起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和該規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路(L1，L2)，至少使用由所述滑塊速度檢測部所檢測出的滑塊速度檢測值(D1)，對所述伺服電動機執(zhí)行不同的力控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，所述力控制部配備有速度指令生成部(42)，其在所述初期階段，生成對所述伺服電動機進行指令的第1速度指令值(E1)，并且在所述后續(xù)階段，生成對所述伺服電動機進行指令的、與該第1速度指令值不同的第2速度指令值(E2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中，所述速度指令生成部，在所述初期階段，僅使用所述滑塊速度檢測值生成所述第1速度指令值，在所述后續(xù)階段，同時使用所述力指令部所指令的力指令值(C1)、所述力檢測部所檢測出的力檢測值(D2)和所述滑塊速度檢測值，生成所述第2速度指令值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中，所述速度指令生成部，在所述初期階段，將從所述力指令部所指令的力指令值(C1)和所述力檢測部所檢測出的力檢測值(D2)得到的力偏差(Δ)設(shè)定為零，使用所述滑塊速度檢測值生成所述第1速度指令值，在所述后續(xù)階段，使用實際的該力偏差和所述滑塊速度檢測值，生成所述第2速度指令值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其中，所述速度指令生成部，將所述力偏差和比例增益(G)的積與所述滑塊速度檢測值的和，作為所述第2速度指令值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其中，所述速度指令生成部將所述力偏差和第1力增益(G1)的積、與所述力偏差的積分值和第2力增益(G2)的積、以及所述滑塊速度檢測值的總和，作為所述第2速度指令值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中，所述速度指令生成部，在所述初期階段，將與力偏差(Δ)相乘的力增益(G)設(shè)定為零，使用所述滑塊速度檢測值，生成所述第1速度指令值，該力偏差(Δ)從所述力指令部所指令的力指令值(C1)和所述力檢測部所檢測出的力檢測值(D2)得到，在所述后續(xù)階段，將該力增益設(shè)定成零以外的規(guī)定值，使用該力偏差和所述滑塊速度檢測值，生成所述第2速度指令值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其中，所述力增益為比例增益(G)，所述速度指令生成部，將所述力偏差和該比例增益的積與所述滑塊速度檢測值的和，作為所述第2速度指令值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其中，所述力增益包括第1力增益(G1)和第2力增益(G2)，所述速度指令生成部，將所述力偏差和該第1力增益的積、與所述力偏差的積分值和該第2力增益的積、以及所述滑塊速度檢測值的總和，作為所述第2速度指令值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制裝置，其中，所述速度指令生成部，在所述初期階段，將所述第1力增益和所述第2力增益中至少一方設(shè)定成所述零。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中，還具有估計所述模具緩沖機構(gòu)對所述滑塊產(chǎn)生的力的力估計部(52)，所述速度指令生成部，在所述初期階段，同時使用所述力指令部所指令的力指令值(C1)、該力估計部所估計的力估計值(H)和所述滑塊速度檢測值，生成所述第1速度指令值，在所述后續(xù)階段，同時使用所述力指令部所指令的力指令值、所述力檢測部所檢測出的力檢測值和所述滑塊速度檢測值，生成所述第2速度指令值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制裝置，其中，還具有檢測所述伺服電動機的動作速度(R)的電動機速度檢測部(32)，所述力估計部使用該電動機速度檢測部所檢測出的電動機速度檢測值(D3)和所述滑塊速度檢測值，估計所述力估計值。
13.一種模具緩沖機構(gòu)，安裝在沖壓機械中，其具有對應(yīng)于滑塊(16)的動作而移動的緩沖墊(26)；驅(qū)動該緩沖墊的伺服電動機(14)；和控制該伺服電動機，使該緩沖墊和該滑塊之間產(chǎn)生相關(guān)的壓力的控制裝置(10；40；50)，其特征在于，所述控制裝置由權(quán)利要求1～12中任意一項所述的控制裝置構(gòu)成。
14.一種控制方法，是以伺服電動機(14)作為驅(qū)動源產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊(16)的力的模具緩沖機構(gòu)(12)的控制方法，其特征在于，包含求得使所述模具緩沖機構(gòu)所產(chǎn)生的力(F)的指令值(C1)的步驟；求得所述模具緩沖機構(gòu)對所述滑塊產(chǎn)生的力(F)的檢測值(D2)的步驟；求得所述滑塊的移動速度(V)的檢測值(D1)的步驟；以及在從所述模具緩沖機構(gòu)開始對所述滑塊產(chǎn)生所述力起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和該規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路(L1，L2)，至少使用所述滑塊的移動速度的檢測值，對所述伺服電動機執(zhí)行不同的力控制的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制方法，其中，執(zhí)行所述力控制的步驟，包括在所述初期階段求得對所述伺服電動機進行指令的第1速度指令值(E1)的步驟；和在所述后續(xù)階段求得對所述伺服電動機進行指令的、與該第1速度指令值不同的第2速度指令值(E2)的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制方法，其中，在所述初期階段，僅使用所述移動速度的檢測值，求得所述第1速度指令值，在所述后續(xù)階段，同時使用所述力的指令值、所述力的檢測值和所述移動速度的檢測值，求得所述第2速度指令值。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制方法，其中，在所述初期階段，將從所述力的指令值和所述力的檢測值所得到的力偏差(Δ)設(shè)定為零，使用所述移動速度的檢測值求得所述第1速度指令值，在所述后續(xù)階段，使用實際的該力偏差和所述移動速度的檢測值，求得所述第2速度指令值。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制方法，其中，在所述初期階段，將與力偏差(Δ)相乘的力增益(G)設(shè)定為零，使用所述移動速度的檢測值，求得所述第1速度指令值，該力偏差(Δ)從所述力的指令值和所述力的檢測值得到，在所述后續(xù)階段，將該力增益設(shè)定成零以外的規(guī)定值，使用該力偏差和所述移動速度的檢測值，求得所述第2速度指令值。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制方法，其中，還包括求得所述模具緩沖機構(gòu)對所述滑塊產(chǎn)生的力的估計值(H)的步驟，在所述初期階段，同時使用所述力的指令值、該力的估計值和所述移動速度的檢測值，求得所述第1速度指令值，在所述后續(xù)階段，同時使用所述力的指令值、所述力的檢測值和所述移動速度的檢測值，求得所述第2速度指令值。
全文摘要
以伺服電動機作為驅(qū)動源，產(chǎn)生對沖壓機械的滑塊的力的模具緩沖機構(gòu)的控制裝置。該控制裝置具有對使模具緩沖機構(gòu)產(chǎn)生的力進行指令的力指令部；檢測模具緩沖機構(gòu)對滑塊產(chǎn)生的力的力檢測部；檢測滑塊的移動速度的滑塊速度檢測部；以及執(zhí)行對伺服電動機的力控制的力控制部。力控制部，在從模具緩沖機構(gòu)開始對滑塊產(chǎn)生力起直到規(guī)定時刻為止的初期階段，和規(guī)定時刻之后的后續(xù)階段，分別按照互不相同的控制環(huán)路，至少使用滑塊速度檢測部所檢測出的滑塊速度檢測值，對伺服電動機執(zhí)行不同的力控制。另外，力控制部配備有速度指令生成部，其在初期階段生成對伺服電動機進行指令的第1速度指令值，并且在后續(xù)階段生成對伺服電動機進行指令的、不同于第1速度指令值的第2速度指令值。
文檔編號B30B15/02GK1891371SQ20061009577
公開日2007年1月10日 申請日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者巖下平輔, 置田肇, 河村宏之, 豬飼聰史 申請人:發(fā)那科株式會社